1.2.2　氣動比例閥的死區(qū)效應(yīng)

在電-氣比例控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少系統(tǒng)能耗，采用的氣動比例閥大都帶有閥口正遮蓋量。當(dāng)給定一個(gè)控制電壓時(shí)，比例閥閥芯產(chǎn)生相應(yīng)的位移，比例閥輸出與控制電壓成比例的流量，驅(qū)動氣缸以相應(yīng)的速度運(yùn)動。由于該閥內(nèi)部有位移反饋裝置，可以保證閥芯位移不受摩擦力、氣動力等因素的影響，與輸入電壓信號成比例關(guān)系。

靜態(tài)死區(qū)存在的主要原因是閥芯遮蓋量和摩擦力的影響。對于雙向電磁鐵，由于兩個(gè)方向的摩擦力不一定相同，故兩個(gè)方向的啟動電壓不同，均需要測定。設(shè)向左運(yùn)動（U<5V）時(shí)的啟動電壓為U₀₁，相反方向的啟動電壓為U₀₂，則U₀₁～U₀₂區(qū)間即為死區(qū)。

實(shí)際比例閥的流量特性曲線如圖1-8所示。閥芯通過中位時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將有一段時(shí)間不能響應(yīng)指令信號，即此類閥存在一定中位死區(qū)。

圖1-8　實(shí)際比例閥流量特性曲線

圖1-9為一常規(guī)比例閥的流量特性曲線。在靜止?fàn)顟B(tài)下，電壓從5V開始，使控制電壓以0.01V的增幅遞增直到5.51V氣缸才開始運(yùn)動，這說明啟動正向電磁鐵動作需加電壓5.51V。用同樣的方法，可以測定比例閥電磁鐵反向啟動電壓為4.48V。因此，比例閥的靜態(tài)死區(qū)為4.48～5.51V。

圖1-9　常規(guī)比例閥的流量特性曲線

一般中位死區(qū)占到額定輸入值的10%～15%，而且其范圍隨工況的不同而變化，難以在線測量。對于以零位為工作點(diǎn)，或需要反復(fù)過零位的閉環(huán)系統(tǒng)，這種死區(qū)將嚴(yán)重影響控制品質(zhì)，甚至無法工作。

控制閥的非線性是造成過程控制時(shí)變性的主要原因。其中最嚴(yán)重的非線性現(xiàn)象是靜態(tài)摩擦和滯后。當(dāng)然，在機(jī)械系統(tǒng)中，摩擦和滯后都存在。問題是在操作過程中，摩擦和滯后通常會逐漸增加，并且超過一定的時(shí)間后控制系統(tǒng)會出現(xiàn)粘-滑現(xiàn)象和震動。如果受到污染的話，控制閥的摩擦力會增加并引起一系列問題。由于摩擦和震動，機(jī)械系統(tǒng)的某些部位會引起滯后。

隨時(shí)間和工作狀況的不同，摩擦力的大小會發(fā)生變化。溫度的變化也會引起摩擦力的變化。溫度較高，物體會膨脹，因此摩擦力增加。外部介質(zhì)造成污染也會引起摩擦力增加。外部介質(zhì)形成的顆粒會導(dǎo)致閥的損壞。因?yàn)槟p通常是不均勻的，所以在閥的不同部位摩擦力也不同。